熔鹽堆往事：一項核能技術在中美的沉浮

釷基熔鹽堆是第四代核反應堆6種候選堆型之一。它在常壓下運行，以地球上儲量遠超鈾的釷元素為燃料，被部分核能研究者視為未來能源的重要選項。這項技術誕生于冷戰時期的美國，沉寂了近半個世紀，又在一段鮮為人知的中美科技合作中重新啟動。如今，中國建成了全球唯一運行的同類裝置，而美國正試圖追趕。

撰文 | 木木

2025年4月，物理學家徐洪杰在中國科學院上海分院的“報國講壇”上做了一場報告。他介紹說，他的團隊在甘肅武威建成的釷基熔鹽實驗堆已實現加釷運行，這是目前全球唯一在運行的同類裝置。

徐洪杰用龜兔賽跑來比喻中美之間在這一領域的差距變化：“兔子總有犯錯、偷懶的時候，這就是烏龜跑贏的機會。”他說，美國上世紀七十年代放棄了熔鹽堆研究，并將所有研發資料公開，“有美國專家指出，當年放棄發展熔鹽堆，是一個‘可原諒的錯誤’”。而中國團隊就是那個“后來有緣人”，“把每篇文獻都讀透，還在實驗室進行了復現”。

徐洪杰 | 圖源：上海應物所

五個月后，2025年9月14日，徐洪杰在上海逝世，享年70歲。

同年12月，美國《紐約客》雜志發表了一篇長文，標題是“美國如何給了中國核電優勢”（How America Gave China an Edge in Nuclear Power）。文章揭示了一段并未久遠的歷史：就在不到十年前，徐洪杰的團隊還在與一批美國核科學家密切合作。

麻省理工學院（MIT）為中方輻照石墨樣品，加州大學伯克利分校的核工程師飛往上海審查設計，橡樹嶺國家實驗室（以下簡稱ORNL）與中國科學院上海應用物理研究所（以下簡稱SINAP）簽署了合作研發協議。前述《紐約客》文章寫道：“中國的熔鹽堆，與其說是競爭的產物，不如說是合作的結果。”

這是一個跨越半個世紀、交織著合作與競爭的技術故事。

一項被擱置的技術

熔鹽堆的概念最早誕生于1940年代末的美國。當時，美國空軍要求開發一架核動力飛機，后來成為ORNL研究主任的Alvin Weinberg接下了任務。Weinberg本人并不認為核動力飛機真能飛起來，但他愿意試一試。他此前參與了曼哈頓計劃中生產钚的反應堆開發，戰后遷往田納西州東部，主持ORNL的建設。對Weinberg來說，國家實驗室的意義在于嘗試“對私營企業來說太難或風險太大的事情”。

為了達到驅動噴氣發動機所需的約1500華氏度高溫，Weinberg的團隊判斷傳統燃料棒無法承受，于是選用了氟化物鹽。這種鹽在約400攝氏度時熔化為液體，在超過1600度時仍保持穩定。將鈾的氟化物混入其中，熔鹽本身就可以充當燃料。

1954年11月，這套系統首次實現臨界，運行中暴露出泄漏和放射性等問題，100小時后關停。但Weinberg獲得了第二次機會——1960年代，美國原子能委員會準備大力發展增殖反應堆。

1965年，Weinberg團隊將69公斤濃縮鈾裝入熔鹽，啟動了“熔鹽堆實驗”（Molten-Salt Reactor Experiment，簡稱MSRE）。這一次實驗取得了成功，記錄了超過1.3萬小時的運行數據。

1964年，在橡樹嶺國家實驗室，一名技術員正在準備用于熔鹽堆實驗（MSRE）的鹽類 | 圖源：橡樹嶺國家實驗室

拜登政府核能助理部長 Katy Huff 對《紐約客》評價說：“他們做了當時能做的所有計算，來理解如何建造、運行和為這座反應堆裝料。”這也表明MSRE證明了一件事：熔鹽堆在技術上是可行的。

Weinberg希望從MSRE走向熔鹽增殖堆，但1973年，尼克松政府砍掉了熔鹽堆的聯邦經費，轉而全力押注鈉冷快堆。到1983年，鈉冷快堆項目也因預算超支而被終止，其中Heritage Foundation推動的保守派反彈起了關鍵作用。

與此同時，1979年三里島核電站部分熔毀事件讓公眾對核能的態度急轉直下。

由此，美國核工業進入長期萎縮。衡量這一衰落最直觀的指標是許可證數量：從1954年到1978年，美國監管機構共頒發了133張民用核反應堆建設許可證。從1979年到2012年，這個數字是零。

Nathan Myhrvold是TerraPower（比爾·蓋茨共同創辦的核技術公司）的董事會成員，他對《紐約客》說：“自七十年代以來，核電幾乎沒有真正的工作。能源部還有一些研究項目，我不想怠慢任何參與其中的人。但他們停止建造電廠了。當你停止建造電廠，企業就很難有理由維持一支規模龐大的工程師隊伍。”

“300萬花了就花了”

《紐約客》的敘事從美國的MSRE開始，但這個故事還有另一條線索，起點在中國。

1970年春節，周恩來總理在北京聽取上海市領導匯報，了解到上海缺電嚴重，工廠被迫減產。周恩來隨即指示：“從長遠來看，要解決上海和華東用電問題，要靠核電。”1970年2月8日，上海傳達了這一指示，中國第一座核電站項目由此得名“728工程”。

728工程最初的技術目標是建造一座25兆瓦釷基熔鹽堆，同樣受到美國MSRE的啟發。早在1965年，中國主管核工業的二機部就曾召開“釷的利用”專題會議，組織多家機構研究釷燃料反應堆。

1971年9月9日，周恩來總理主持中央專委會議，原則批準在安徽寧國縣建設這座25兆瓦熔鹽堆。同年9月13日，上海原子核研究所（SINAP的前身）建成石墨慢化熔鹽冷態零功率堆，實現臨界。

然而，當時中國的工業和科技水平無法支撐這一先進堆型。據728工程籌備處成員回憶，三年攻關未能突破關鍵瓶頸。當團隊向周總理匯報研究已花費300萬元時，總理說：“300萬花了就花了，就當做是教訓費了。”

728工程此后轉向壓水堆路線，經過多次選址變更，項目最終落定浙江秦山。1991年12月15日，秦山核電站并網發電，中國成為世界上第七個自主設計建造核電站的國家。

在728工程轉向后，熔鹽堆的主路線被擱置了，但相關研究并未完全中斷。物理學家張家驊仍在上海原子核研究所堅持釷燃料循環研究近20年，積累了大量理論數據。

2009年，上海光源剛竣工，中科院從國家戰略需求出發，決定發展先進裂變核能。徐洪杰從上海光源項目轉向領銜釷基熔鹽堆研究。“既然國家需要，我必竭盡所能。”他說。

2009年底，上海應物所正式提出研制釷基熔鹽堆的設想。對徐洪杰來說，這又是一場幾乎“從零開始”的拓荒。

從周總理的指示到徐洪杰接過接力棒，中間隔了將近40年。

“如果中國人在做，那它就值得關注”

徐洪杰重啟熔鹽堆研究的時間，恰好與新一輪中美核能合作升溫大致同步。

據《紐約客》報道，2011年，美國能源部與中國科學院簽署了一份核能合作諒解備忘錄。這份備忘錄建立在2006年的一項更早協議之上，后者為美國核能企業向中國出售反應堆鋪平了道路。

合作的具體面貌，可以從一段錄像中看到。2012年8月，SINAP派研究人員Kun Chen到加州大學伯克利分校做了一次展示。Chen當時三十多歲，在印第安納大學獲得博士學位。有人問預算多少，Chen回答大約3.5億美元，分5年投入。另一個人問SINAP打算從哪里獲取熔鹽，因為據了解世界上沒有設施能生產它，而Chen回答說中國有好幾個這樣的設施。

Chen對《紐約客》表示，與美國同行的交流對中國項目推進非常有幫助。“從一開始，我們自己都不相信能走到這么遠。”他估計2011年全世界認真研究將熔鹽用于裂變反應堆的人只有三四十個，與其中一些美國研究者建立聯系，讓這個項目看起來變得可行了。

MIT研究科學家Charles Forsberg是較早與SINAP團隊建立聯系的美方學者之一。Forsberg曾在ORNL工作，2002年與加州大學伯克利分校核工程教授Per Peterson、桑迪亞國家實驗室的Paul Pickard一起，提出了“氟鹽冷卻高溫堆”（Fluoride salt-cooled High-temperature Reactor，簡稱FHR）的概念。Forsberg談到與中國合作的邏輯：“如果中國人在做，那它一定值得關注。”

到2015年，雙方合作更進一步。SINAP與ORNL簽署了一份合作研發協議（Cooperative Research and Development Agreement，簡稱CRADA），據Kun Chen的說法，中方為此支付了約400萬美元。ORNL的首席研究員David Holcomb當時接受MIT Technology Review采訪時解釋了動機：“要認識到一件重要的事，熔鹽堆的一些關鍵人物正在飛速退休或去世。中國提供的資金讓我們能夠轉移這些知識，獲得建造和運行這些反應堆的實際經驗。”

從一開始，美方就認為中國會是第一個建成熔鹽堆的國家，畢竟花錢做這件事的是中國。美國國內有一些熔鹽研究經費，但遠不夠用，這也是ORNL的研究人員愿意接受中方支持的原因。Holcomb在當時的一次會議上說：“預算就是那么多。”

但這段合作關系很快就被切斷了。特朗普2016年當選總統后，美國能源部切斷了與SINAP的聯系，并威脅吊銷向中國出口核技術的美國公司的執照。到2018年，美國已從幾乎所有對華核能合作中撤出。

Kun Chen表示：“我不能說完全出乎意料。”他和SINAP團隊預判過特朗普上臺后關系可能會惡化，“但它發生得太突然了。”

一位美國核能公司的高管匿名對《紐約客》記者說：“如果你報道那個合作協議，新政府會把所有人當作邪惡的合作者開除。”文章特意注明，他是半開玩笑地說。

當《紐約客》聯系ORNL采訪時，媒體關系經理回復，“我們這次沒法幫你”，后來又試圖淡化ORNL與SINAP的合作程度。Idaho國家實驗室和Los Alamos也在簡短溝通后停止了回復。

前述文章中寫道，Holcomb在2015年所說的共同利益和開放科學，已被地緣戰略影響力和國家安全等新表述取代。“這些口號被共和黨和民主黨同時采納，試圖借助民族主義重振一個經歷了數十年萎縮的產業。”

不發論文，不報獎項，埋頭八年

中美合作切斷后，項目此后主要由中方獨立推進。《紐約客》記者問Kun Chen獨立后是否遇到挑戰，Chen回答說最大的問題“首先是有沒有錢”。

但資金并不構成障礙，中科院每年都在追加TMSR項目的撥款。到2018年，中國承諾在未來20年投入30億美元用于熔鹽堆研究。

實驗堆最終建在甘肅武威的戈壁荒漠。“做核的人，要有一個自覺。”徐洪杰曾說，盡管熔鹽堆的安全性遠超現有技術，甚至可以建在人口稠密的城市，“但在研發階段，還是應該自覺去人煙稀少的地方。”

據《文匯報》報道，在武威的這支團隊“不發論文，也不申請任何獎項，埋頭八年多”。工程建設階段，不少科研人員一年離家200多天，最多的達300多天。整個占地千畝的園區，唯一新建的生活設施只有一間食堂。

2023年10月11日11點08分，2兆瓦熱功率液態燃料釷基熔鹽實驗堆（TMSR-LF1）首次臨界。

2024年6月17日10點12分，首次達到滿功率運行。徐洪杰在“報國講壇”上提到，57年前的6月17日，正是中國第一枚氫彈爆炸成功的日子。“團隊可能是在冥冥中傳承著報國與奉獻的兩彈一星精神。”

2025年11月，SINAP宣布首次實現釷鈾核燃料轉換，在國際上首次獲取釷入熔鹽堆運行后實驗數據，初步證明了熔鹽堆核能系統利用釷資源的技術可行性。不過從實驗堆到商業化應用，仍需攻克一系列技術難關。

2025年10月24日，在甘肅省民勤縣航拍的2兆瓦液態燃料釷基熔鹽實驗堆廠房 | 圖源：新華社

據《中國科學報》報道，實驗堆關鍵核心設備100%國產化，整體國產化率超過90%。徐洪杰早在2016年就成立公司布局產業化，當時反應堆尚未選址，很多人不理解。他的學生、上海應物所主管戴彬彬事后評價：“如果當時沒有考慮成果轉化，后來實驗堆建設期間，可能就會面臨關鍵材料、設備供應鏈跟不上的難題。”

美國重返賽道

在中國獨立推進TMSR的同時，美國先進核能領域也開始重新活躍起來。

據《紐約客》報道，2012年8月那場在加州大學伯克利分校的展示會上，在場為數不多的一位年輕人向Kun Chen提了一個問題：建造鹽冷卻堆“需要克服的最大挑戰或障礙是什么”。提問者是Mike Laufer，他后來聯合創辦了Kairos Power，一家試圖將FHR技術商業化的核能公司。FHR的另一位設計者Per Peterson也是Kairos的聯合創始人。

Kairos Power在發展過程中，也受益于當年中美合作的遺產。SINAP出資在ORNL建造的熔鹽回路產出了一份熔鹽泵報告，據報道，這份報告“與Kairos早期優先事項吻合”。在特朗普政府終止對華核能合作后的幾年里，幾乎沒有什么能替代中國在美國核工業中的投入，但大規模的公共支出最終開始到來，私人投資也在增長。2020年，Kairos獲得了美國能源部最高3.03億美元的資助。

2024年7月，Kairos在橡樹嶺的Hermes示范堆破土動工。這是美國50多年來批準建造的第一座非輕水反應堆。2025年5月，核安全相關建設正式啟動。Kairos的目標是在2027年實現運行。

同年10月，Google與Kairos簽署了一份購電協議，承諾到2035年從6至7座反應堆購買最多500兆瓦清潔電力，以滿足其不斷增長的數據中心電力需求。

2026年3月4日，美國核管理委員會（NRC）向TerraPower頒發了Natrium鈉冷快堆的建設許可，這是近十年來美國首個商用反應堆建設審批，也是40多年來第一個非輕水商用堆許可。美國能源部與TerraPower簽訂了20億美元的成本分擔協議。

在政策層面，特朗普于2025年5月23日簽署4項核能行政令，其中包括將美國核電裝機從約100吉瓦提升至2050年的400吉瓦，以及要求3座先導堆在2026年7月4日前實現臨界。

一場尚無終局的競賽

熔鹽堆是第四代核反應堆技術（Generation IV）六種候選堆型之一。截至2026年初，全球已運行的Gen-IV級反應堆中，中國已有三個投入運行：鈉冷快堆CFR-600、超高溫氣冷堆HTR-PM（2023年12月進入商業運行，為全球首個Gen-IV商用堆）和釷基熔鹽堆TMSR-LF1（全球唯一運行的液態燃料熔鹽堆）。

全球核能也正在經歷一輪復興。2023年12月COP28氣候大會上，25個國家發起宣言，承諾到2050年將全球核電裝機翻三倍。國際能源署（IEA）2025年報告稱，核能的強勁復蘇正在全面展開。但報告同時指出一個事實：2017年以來全球開工建設的52座反應堆中，25座為中國設計，23座為俄羅斯設計。

釷資源的分布賦予了這場競賽另一層含義。釷在地殼中的豐度約為鈾的3至4倍，全球已探明釷資源總量約635.5萬噸。多位中國能源分析人士估算，中國目前超過80%的鈾供應依賴進口，而中國的釷資源主要集中在內蒙古白云鄂博礦區，與稀土開采伴生。徐洪杰曾介紹，中國是一個富釷的國家，釷資源可供核能發電用上幾萬年，“如果釷基熔鹽堆能夠推廣，有望助力我國實現能源獨立。”

如今，ORNL原首席研究員Holcomb已離開國家實驗室系統，進入私營部門。

據《中國科學報》報道，2020年的一天，徐洪杰路過上海應物所在市中心的一處駐地，與上海應物所原后勤服務中心主任朱彬華一起吃飯。聊天中，徐洪杰暢想了這塊地方的未來。他設想把這里改造成一個供潛在合作方參觀的展廳，以及一個基于釷基熔鹽堆的碳匯交易大廳，在政府、科研機構和企業的共同努力下解決國家的能源問題。

“他說這些的時候很開心，像個孩子。”朱彬華回憶說。

但是徐洪杰沒有等到那一天。2025年9月，他在上海逝世，他留下的那座實驗堆仍在甘肅武威的戈壁荒漠上運行；而在田納西州橡樹嶺，Kairos Power的Hermes示范堆也在施工。半個世紀前Weinberg團隊點燃的那把火，如今仍在太平洋兩岸燃燒。

參考資料

[1] Jones, C. How America Gave China an Edge in Nuclear Power. The New Yorker. https://www.newyorker.com/news/the-lede/how-america-gave-china-an-edge-in-nuclear-power

[2] 許琦敏. 世界唯一運行的釷基熔鹽實驗堆在甘肅建成，上海將成供應鏈基地. 文匯報.
https://www.cas.cn/cm/202504/t20250411_5062915.shtml

[3] 江慶齡. 他論文不多，卻撐起兩大"國之重器"的產業化藍圖. 中國科學報.
https://www.cas.cn/cm/202512/t20251226_5093804.shtml

[4] Holcomb, D. Current U.S. & World Status of Fluoride Salt-Cooled High-Temperature Reactors. NEAC會議報告. Crystal City, Virginia.

[5] 728：中國核電的"拓荒"代號. 中國能源報..
https://paper.people.com.cn/zgnyb/html/2017-02/20/content_1752143.htm

[6] 徐洪杰. 釷基熔鹽堆核能系統（TMSR）現狀與展望. 中國核電信息網.
https://www.cnnpn.cn/article/32888.html

[7] 中國首個核電工程從想象變成現實. 澎湃新聞.
https://m.thepaper.cn/baijiahao_21847110

[8] 我國首次實現基于熔鹽堆的釷鈾核燃料轉換. 上海應用物理研究所.
https://www.cas.cn/yw/202510/t20251031_5086850.shtml

[9] U.S. Department of Energy. Kairos Power Starts Construction of Hermes Reactor. https://www.energy.gov/ne/articles/kairos-power-starts-construction-hermes-reactor

[10] Kairos Power. Kairos Power Begins Nuclear Construction of Hermes Demonstration Reactor. https://kairospower.com/external_updates/kairos-power-begins-nuclear-construction-of-hermes-demonstration-reactor/

[11] Google. Our Nuclear Energy Agreement with Kairos Power. The Keyword. https://blog.google/outreach-initiatives/sustainability/google-kairos-power-nuclear-energy-agreement/

[12] Kairos Power. Google and Kairos Power Partner to Deploy 500 MW of Clean Electricity Generation. https://kairospower.com/external_updates/google-and-kairos-power-partner-to-deploy-500-mw-of-clean-electricity-generation/

[13] U.S. Nuclear Regulatory Commission. NRC Issues Construction Permit for TerraPower Natrium Reactor. https://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/news/2026/26-028.pdf

[14] The White House. Deploying Advanced Nuclear Reactor Technologies for National Security. https://www.whitehouse.gov/presidential-actions/2025/05/deploying-advanced-nuclear-reactor-technologies-for-national-security/

[15] U.S. Department of Energy. 9 Key Takeaways from President Trump's Executive Orders on Nuclear Energy. https://www.energy.gov/ne/articles/9-key-takeaways-president-trumps-executive-orders-nuclear-energy

[16] World Nuclear Association. Thorium. https://world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/thorium

[17] International Atomic Energy Agency. Thorium's Long-Term Potential in Nuclear Energy. IAEA Bulletin. https://www.iaea.org/bulletin/thoriums-long-term-potential-in-nuclear-energy

[18] U.S. Geological Survey. Mineral Commodity Summaries 2025 — Thorium. https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2025/mcs2025-thorium.pdf

[19] World Nuclear Association. Generation IV Nuclear Reactors. https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-power-reactors/other/generation-iv-nuclear-reactors

[20] International Energy Agency. The Path to a New Era for Nuclear Energy. https://www.iea.org/reports/the-path-to-a-new-era-for-nuclear-energy

[21] U.S. Department of Energy. COP28: Countries Launch Declaration to Triple Nuclear Energy Capacity by 2050. https://www.energy.gov/articles/cop28-countries-launch-declaration-triple-nuclear-energy-capacity-2050-recognizing-key

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